“单片机原理与应用”课程教学改革研究

王通 朱士虎

摘要：在“单片机原理与应用”课程教学中，应以创新的理念为基础，与科技发展前沿相结合，要做到理论与实践相结合。针对在目前的教学中存在的人才培养模式传统化、课程体系安排不规范、课程教材选择不创新、学习评价方式不全面的情况，对课程教学的多方面进行探索与改革，提出相应的可行性方案，完善该课程的教学实施，已达到了提高学生的实践与创新能力的效果，并且形成了相应的可推广的教学改革方案。

关键词：单片机;教学改革;实践;创新

单片机是指采用数字处理和微电子技术、集成技术等相融合的一种控制器，与PLC、ARM、DSP等数字处理控制器拥有相类似的功能和作用;单片机内部集成了微处理器、定时计数器模块、数据存储器、通信模块、输入输出接口模块甚至模数转换模块等;根据单片机种类不同、型号不同，其功能也不尽相同;单片机根据处理速度不同分为4位、8位、16位、32位和64位等，一般64位及以上的单片机又可以成为ARM。[1]“位”值越大，单片机处理的速度便越快。

目前，单片机广泛应用于通信、家电、仪表、工业、军事、宇航等各个领域，而“单片机原理与应用”是很多高等院校电气自动化、电子信息工程、通信工程等专业学习的基础课程，也是一门工程、实践和应用性很强的学科。但在课程教学中，现有教学模式存在弊端，没能充分发挥学生的自主学习性和创新性思维。体现为教学与实验出现脱节，枯燥的基础知识和抽象的理论会使学生产生畏难情绪并逐渐丧失学习兴趣。因此，有必要对“单片机原理与应用”课程进行教学改革，以激发学生学习兴趣、提高课程教学质量，最终培养出适应社会需求的应用型、创新型人才。

一、课程教学存在的问题

目前，“单片机原理及应用”课程教学中存在以下几个方面的主要问题：

（一）教学方式传统化

“单片机原理与应用”对实践性、工程性和应用性的要求都非常强。新一轮高校课程改革强调以学生为主体，采用探究式教学方法;但大部分教师还是习惯用传统的灌输式教学方法，使得目前还是把理论教学置于课程教学的主体位置，对实践重视不够，忽视了“单片机原理与应用”这门课程实践为上的教学目标，对学生动手能力、创新能力的培养不足，很难培养出具有创新精神和实践能力的人才。

（二）课程体系安排不合理

“单片机原理及应用”课程突出了典型与实用两个特质，是实践性非常强的课程。学习理论的过程中要与大量的实践相结合，帮助学生理解和掌握，而目前课堂教育很多以PPT的形式授课，教学方式单一、内容抽象枯燥。此外，实验多为验证型实验，实验时通常依照实验指导书在现有的实验箱完成连线，将现成的程序编译好下载到单片机并操作相关的按钮，很多学生不积极思考实验电路结构和实验原理，也不清楚实验代码编写和修改。上完实验课，学生虽然完成了实验，观察到了实验现象，很多学生甚至都不清楚该实验用到了哪些理论知识[2]。通过这种类型的实验课学习，学生收获有限，仍然无法将理论知识应用到实际单片机系统的设计中。

（三）教材选择不与时俱进

随着科学技术的发展，基于单片机的技术应用、工程应用也日新月异，从20世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的16位、32位的高速单片机。课程教学在缺乏实践与工程实例的情况下，学习相对枯燥抽象的理论知识，会导致学生理解难度加大，新技术与新应用又没有及时跟进学习，对学生的创新性培养会造成很大的影响。面对不断发展的单片机技术革新，有些高校多年使用相同或相似的教材，教材更新明显滞后，已经满足不了当前的技术发展要求。

（四）课程考核方式不全面

普遍存在的问题是课程考核评价方式不科学不全面，很多高校仍然以考试成绩作为评价标准，衡量一个学生所学所掌握的只侧重于理论分数，许多学生为了获取高分将多数时间花在理论理解与记忆上，甚至压缩实验时间，导致许多学生虽然可以在考试中获得高分，但是实际进行操作、设计和应用时效果却很差，甚至有些学生无从下手。只从理论分数中不足以衡量学生对该门课程的掌握程度和评价学生的综合水平、创新能力[2]。

二、改进教学理念

受20世纪科学思潮影响，伴随着心理学特别是行为科学的发展，人们意识到，教学也是科学，即教学不仅有科学的基础，而且可以用科学的方法来研究。于是，人们开始关注教学的哲学、心理学、社会学的理论基础，以及如何用观察、实验等科学的方法来研究教学问题。在以教师为知识和思想权威的传统教学情境中，要想激发学生的创造力比较困难，因为权威会产生控制，潜在地引发抵触，因此，教学改革首先要进行教学理念改革。

（一）坚持“以人为本”的教学理念

在“单片机原理及应用”課程教学中要关注学生的进步和发展。首先，要求教师有“对象”意识。教学不是唱独角戏，离开“学”，就无所谓“教”，因此，教学中必须确立学生的主体地位，树立“一切为了学生的发展”的思想。其次，要求教师有“全人”的概念。学生发展是全面发展，而不限于某一方面或某一学科的发展。

（二）培养学生理论与实践的结合能力

现有教育中“高分低能”依然存在，而“单片机原理与应用”是一门工程性、实践性、创新性很强的基础课程，不能只关注理论考试，学习的最终目的是为了应用与实践。在教学过程中应结合实际，让学生“从实践中来，到实践中去”，在理论教学中穿插实践，在实践时渗透进理论，激发学生的学习热情，从内心深处喜欢上“单片机原理与应用”这门课程。

（三）充分发挥学生的自主学习性

目前教育现状是老师课堂授课，学生被动吸收，理论知识枯燥、编程代码抽象以及复杂的实验开发板，会使学生产生畏难情绪，削弱学生的学习积极性。社会生活中需要的是应用型人才、创新型人才，人才培养首先要培养他们的自主学习性，要充分发挥学生的主观能动性，课程教学中应以素质教学为根本，培养学生的主动思维能力和创新意识。

三、课程教学改革措施

（一）采用科学的教学模式

教学是为了帮助学生垒实科学基础并激发学生开发思考与创新热情，而传统教学在“单片机原理与应用”课程教学上存在很多不足，用枯燥乏味的课件进行填鸭式教学是一种普遍现象，重理论轻实践，抹杀了学生的学习积极性与创造性。在一定程度上违背了教学原本的目标。正如多尔所说：“具有创造性和转变性的课程必须将科学与美学相结合。”[3]这种认识已形成共识，难在怎样有机结合，力求在教授基础科学的同时，将单片机的“美学”展示给学生。当前条件下可借助图像处理软件进行直观展示，让实例分析走进课堂，以实为据，结合实践，帮助学生分析理解，将复杂抽象问题简单化、具体化、直观化。让学生了解到“单片机原理与应用”的魅力所在。这样能更好地帮助学生把理论与实际相结合，自行构建学习“单片机原理与应用”的整体框架，使学有所得，学有所用。

（二）确立实践主体地位

在现实教学中，课程教学与实践存在脱节，没有形成一个完整的有机体。课堂教学最好放在能够实验的场所，在所有学生拥有完整的实验环境和良好的实验平台及相关器材的条件下，教学效果可以达到最佳。授课教师借助于多媒体教学，在真实的应用环境中现场讲解、现场演示。教学过程直观明了，通俗易懂，学生在教师的引导下直接上手，进行实际操作，现场演练[4]。如果受条件所限不能同步实施，应尽可能将实践紧凑安排在课程教学之后，缩短遗忘时间，在学生对教学内容印象深刻的时候加强理解、深化和掌握。课程与实验的时间比例最好在1∶2左右，这会让学生消化吸收所学知识的效果达到最好，并且对“单片机原理与应用”这门课程所学能够有所思考，有所创新。

（三）教材选择规范化

目前，单片机技术迅猛发展、不断更新与完善，若用过时的理论与实例来教授当前的学生，所选教材自然有其局限性与落后性。一个人的智慧与眼光总会因自身的经历与认识存在其局限性。为严把教材选择关，可成立校内教材选择专家小组，将有经验的专家学者组织在一起，辅以有工程实践经验的老师，根据单片机技术发展态势以及未来的发展前景广泛讨论，择优选择一本符合当下教学的教材;或集思广益、集中人力才力编写教材，教材编写要结合教学实际和学生实情，力求全面且科学，紧跟技术发展，符合课程教学要求。

（四）考核方法多元化科学化

目前，对于“单片机原理与应用”课程的主要考核方式是考试，结合平时考勤、作业、实验等。考试有其积极意义，一方面是检测学生所学知识的掌握情况，是为了帮助学生查漏补缺，知道自身的不足所在，而不仅仅只是为了完成教学任务而考试;另一方面是为了督促学生认真学习，使学生知道学习的任务，处于一种良性的学习压力之下，始终绷紧学习这根“弦”。但傳统的试卷考试有些片面单一，不能够全面反映学生对“单片机原理与应用”这门课程的掌握情况，很容易导致学生为了考试而学习，舍本逐末。

“单片机原理与应用”是一门实践性很强的课程，考核的最终目的，要学有所成、学有所用，知识不能只停留在脑海里，要能“说出来，做得到”，笔试考核是必须的，因为这可以检验学生基础知识所学情况，但卷面成绩应该只占一定的比重。课程考核的重点应该是考查学生对“单片机原理与应用”理论知识的掌握和单片机技术的实践应用能力。可通过布置相关的既有基础性又有创新性的课题，要求学生在规定的时间内解决问题，完成相关设计，给予考核评分。就目前的课程考核来说，需要增加实践成绩的相对比重，给学生实践能力进行考核打分。最后，综合考试成绩与实践考核，给学生一个全面的合理的评价。

（五）加强师资队伍建设

课程建设的关键是教师，提高教师的业务能力和综合素质，是加强和提高大学生素质教育的基本前提，是实施素质教育的关键所在[5]。一方面，对于在职教师，可以定期组织培训，轮流总结、轮流提问的方式，交流授课、学习心得，互相促进、查漏补缺;每年组织教师去一线学习一段时间，让教师的理解不仅仅停留在课本和字面上，教师理解得越深入，教授学生的知识越容易被学生所理解、吸收。另一方面，可以在一定程度上改进选拔新任教师的机制，在原有基础条件上补充具有深厚理论基础和工程实践能力等条件，在根本上强化高校教师理论与实践相结合的综合能力。

四、结语

随着信息技术不断更新与发展，单片机也在不断发展与完善，并且越来越多地应用于各个领域，“单片机原理与应用”课程的教学改革和实践也应与时俱进，不断吸收新知识新技术，丰富教学内容;培养学生的实践动手能力、创新意识与综合设计能力。就“单片机原理与应用”课程教学存在的不足和问题，课题组从教学内容、教学方式以及教学目标等方面提出了一系列改进和改革措施，通过教学观察和结果反馈，证实上述的改革措施取得了一定的成效。学生对课程的兴趣有所增强，很多学生分析及解决问题的能力得到了很好提高。使学生缓解了“单片机原理与应用”课程因较为抽象的理论知识而产生“害怕”的情绪，促进了教学工作的有效开展。因此，这些改革措施为“单片机原理与应用”课程的教学带来了积极正面的影响。当然，课题组在实施教学改革与实践中，也发现了一些新的问题和有待完善的地方，这些都需要进一步改进和实践验证，力争课程改革向纵深发展。

参考文献：

[1]梁小廷.单片机技术的发展及应用研究[J].民营科技，2018.

[2]龙小丽，李欣雪.以培养应用型人才为目标的《单片机原理与应用》课程教改探讨[J].电子世界，2019.

[3][美]小威廉姆·E.多尔.后现代课程观（王红宇译）[M].北京：教育科学出版社，2000.

[4]袁小翠，于祯，郭波，曾瑄.单片机原理及应用课程多元化教学改革与实践——以南昌工程学院为例[J].科技世界，2019.

[5]吴小凡，杨馨梦，李申.习近平关于教师队伍建设重要论述的理论渊源、逻辑体系和精神特质[J].高教论坛，2019.

基金项目：江苏省现代教育技术研究课题（编号为2017R54486）阶段性成果

作者简介：王通（1994—），男，汉族，江苏徐州人，2019级硕士研究生。

*通讯作者：朱士虎（1970—），男，汉族，江苏徐州人，博士，硕士生导师，副教授，研究方向：信息处理与电路设计。